毕业论文-交流永磁电机弱磁控制研究

第Ⅳ第Ⅳ页HUNANUNIVERSITY毕业论文论文题目交流永磁电机弱磁控制研究学生姓名学生学号专业班级学院名称电气与信息工程学院指导老师学院院长2015年5月18日第一章绪论1．1论文研究背景及意义随着消费者需求提高，商人们开始让他们工厂设计下一代电力推动系统，而且我想这将会在很大程度上依靠高性能表现的电机，尤其是电力交通行业。采用高能量的永磁体作为激励，永磁同步电机在设计上采用高能量密度，高速度和高运行效率，这使得它成为生产厂商摆在第一位的选择。近年来，随着稀土永磁材料的发展与电子功率器件的进步，永磁同步电动机也在不停的发展，并取得了广泛的应用，关于永磁同步电机，研究的一大热点便是弱磁控制。同时材料技术的发展，尤其是永磁材料的发展应用，促使电机在很大的程度上不受电枢反应的去磁作用影响，允许在直轴上通过较大的去磁电流。同时为了使电机运行于高速区，拓宽电机系统的调速范围。电压型逆变器驱动电机系统中，电机的端电压无法提高的情况下，弱磁控制能够使电机转速，使电机运行在额定转速以上。在相当多的驱动应用领域中，常常需要恒功率控制与宽调速范围运行，电机的弱磁控制受到了更多的关注，使其更具有研究价值。1．2永磁同步电机简介1．2．1永磁同步电机发展概况电机的磁场通常由电磁作用产生，但是有大消耗、高功耗、低效率等一系列缺陷。电机问世的时候，有人开始预想把电磁磁场换成永久磁场，但是当时天然的永磁材料性能不能满足电机要求。直到1930年前后，人工的永磁材料，即铝镍钴合金，才在诞生于美国的贝尔实验室，它能够满足电机要求，它使得实用的永磁电机得以产生。永磁同步电机的发展和永磁材料的发展是分不开的，尤其是稀土永磁材料的出现与发展。1．2．2永磁同步电机特点及前景永磁同步电动机的结构简单、相对体积要小、重量要轻、损耗也要低、效率却更高，拿直流电机来比较，它完全无视直流电机换向与电刷等缺点。拿异步电动机比较，它不需要无功励磁电流，效率更高，功率因数也高得多，而且力矩惯量比很大，定子电阻损耗以及定子电流损耗变小，而且转子参数可测、有很好的控制性能；但它与异步电机相比较，也有高昂的成本、起动比较困难等缺点。和普通同步电动机相比，它不需要励磁装置，结构更简化，效率得到了提升。矢量控制系统可以得到精度更高、动态性能更好、调速范围更大的定位控制，所以，矢量控制系统能够得到研究者的广泛关注。永磁同步电机根据转子结构可分为三类：表面式、径向式和混合式结构，其中表面式结构简单、转动惯量小，但交、直轴电感接近，磁阻转矩分量接近为零，对安装工艺要求高。径向式结构漏磁系数小、转轴不需要采取隔磁措施，转子冲片机械强度高、安装永磁体后转子不容易变形，其中v型径向结构能得到更大的永磁体安装空间，以减小电机的体积，提高电机功率密度。混合式结构集合了前两者的优点，能获得更高的转矩密度和更宽的恒动范围提供更大的永磁体摆放空间，减小电机的体积，提高电机功率密度，但是成本更高、工艺更复杂。至于永磁同步电机的发展应用前景，由于我国永磁材料资源比较丰富，尤其是稀土永磁材料-----钕铁硼资源，、储藏量远超其他国家，被称为“稀土王国”。目前我国的稀土永磁电机水平和稀土永磁材料水平都达到了一定的高度。所以说对我国来说，永磁同步电动机很有机遇。1．3弱磁控制的研究现状近年来，对于系统的精密性、准确和快速性有了更高的要求，永磁同步电机控制越来越多的利用矢量控制理论进行研究开发。由于电机的转子是永磁转子，转子的磁链是近似不变的，所以控制时一般采用转子磁链向的方式。弱磁控制越来越多的受到研究人员的关注，近几十年，全世界的研究者们做了大量的工作，取得了较为丰富的研究成果。目前，研究方向依然是从电机本体和控制两个角度来展开，虽然得出了许多成果，但是不管是从电机本身还是控制角度来看，都无法在转速、功率和转矩方面得到和谐的统一，故在弱磁控制方面的研究仍需要做出大量的努力。1.4论文研究内容与结构安排本文第一章主要介绍了永磁同步电机的概况，并说到了永磁同步电机的特点及发展情景，从而引申出论文的主题：交流永磁同步电机弱磁控制研究，这也是当下永磁电机的研究热门，并且介绍了弱磁控制的研究现状，对课题有了一个初步的认识。从第二章开始，第二章主要介绍了永磁同步电机的矢量控制，熟悉电机的矢量模型，讲了一些关于永磁同步电机的矢量控制方法，为后面的弱磁控制打下一个基础。第三章主要介绍弱磁控制的基础原理，阐述弱磁控制如何实现。第四章开始建立仿真模型，并结合所给的数据进行仿真，对同步电机弱磁控制能有一个直观的认识。第二章交流永磁同步电机矢量控制2．1永磁同步电机的数学模型和运动方程永磁同步电机的电磁关系分复杂，在绕组之间，绕组永磁体之间存在相互影响，也存在非线性因素例如磁路饱和等原因，因此，建立数模很有必要：(1)定子铁芯的饱和忽略计，电感参数不变，且认为磁路线性；(2)忽略转子阻尼绕组。(3)铁芯的涡流磁滞损耗忽略不计；(4)定子电枢绕组产正弦波感应电动势，转永磁体的气隙磁场也以弦波形式分布在气隙空间；2．1．1在三相静止坐标系下永磁同步电机的数学模型如图所示，作出内部结构等效的电路图模型，可以得到定子的三相电压方程，如式(2-1)所示：(2-1)上式中，、、为三相定电压；、、为三相定电流；为定每相绕组电阻；、、为三相定磁链，能够得到定磁链方程：（2-2）式中，为转子磁体与定子绕组链磁链；、、分别代表定子绕组的自感系数；、、、、和代表定子绕组间感系数，是转子的磁极轴线与电机A相之间定子绕组的夹角。图2-1三相等效电路图图2-2三相静止坐标系下的示意图可以看出，电压与磁链方程中存在定绕组自感系数与感系数，而且变量都随电机的转速改变不断变化，要避开某些因素对电数学模型的影响，需要发现磁链与电压的线性关系，因而我们可以很好地将坐标变换理论运用其中。2．1．2在两相旋转坐标系下的数学模型为了使转矩控制性能加强，常常需要用到矢量控制，但是最终还是需要通过对定电流进行控制来实现。而定子侧各物理量是交流量，它的空间矢量空间是以步转速进行旋转，而且得到的电机参数都是关于转子位置的角的函数，所以直接计算、调、控制十分复杂，需要借助d-q坐标换，将各物理量ABC三相静坐标转换到两相同步的旋转坐标系中进行计算、调节与控制。永磁同步电机义d、q两相步旋转坐标系d轴与转子磁极轴线重合，q轴则逆针超前d轴900角度，d轴与机A相定子绕组的轴线的夹角为，而且在空间跟随转子以电角速度旋转。如图所示，ABC三相静坐标系和d、q两相同步旋转坐标系。ABC三相静坐标系下的物理量利用幅值不变的约束条件变换到d、q相旋转坐标系下，得下式：（2-3）图2-3三相静止坐标系与两相同步旋转坐标系上图中的F代表电压、磁链和电流，为d、q坐标系与ABC坐标系之间夹角，。由于系统三相对称并且中心点不接地，所以变换后零轴分量。可知上图中三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系的矩阵C为：（2-4）与此相反，两相旋转坐标系d、q变换到三相静止坐标系ABC坐标矩阵为：（2-5）故，式（2-3）可表示为：（2-6）永磁同步电机定子磁链方程可知：2-7化简上式得（2-8）可知，与分别表示交轴电抗和直轴电抗。定子的三相电压在同步旋转坐标系d、q中的坐标的映射表达式为：（2-9）其中，电角速度（表示电机机械角速度，表示电机极对数），p为微分算子计算可得（2-11）（2-12）得到如下交轴、直轴电压的等效电路图。图2-4直轴等效电路图2-5交轴等效电路2．1．3永磁同步电机的运动方程+转矩方程如下式所示：（2-12）结合2-8与2-12得磁链在旋转坐标系下电流和电感关系，可以得到：（2-13）电机转矩平衡方程为：（2-14）其中为机械角度，为负载转矩，为与转速成正比关系的摩擦以及风阻转矩系数，为转动惯量，为扭转单行转矩系数。一般，近似为零，，负载转矩可以加入摩擦阻力矩，为了方便计算动态方程，即：（2-15）2．2永磁同步电机矢量控制原理永磁同步电机对转速控制，都是通过控制转矩来实现的，在从三相静止坐标系到两相旋转坐标系d、g的变换之后，永磁同步电机的控制变得更加简单。由于，直轴电流部分为零，只有交轴电流部分，对直流电机的电枢电流的控制就是对交轴电流进行控制，调节交轴电流能够很好地控制输出转矩和转速。对于内埋式同步电机由于，就需要控制交轴电流与直轴电流分别控制电机的转矩与磁链，利用结构转矩转矩输出能力，通过控制直轴来改变磁链以实现弱磁控制。矢量控制图如下图所示，矢量控制系统主有下面几部分构成：（1）电流读取模。通过精阻或电流感器测量定电流；（2）Clark、Park反Park换模块。（3）SVPWM模块。用先进调制算法减少电流谐波、并提高直流线电压利用率；（4）转子速度／置反馈模块。采霍尔感器或增量式电编码器准确获取转位置和角速度息，也可采无传感器检测算进行测量；（5）PID制模块；图2-6矢量控制的系统框图矢量控制系统在上模块的配合很容易实现种控制算法，实现程可以分为下几个步骤：(1)读取模块所测量相电流和，通过Clark换将从三相静坐标变换到两旋转坐标系下；(2)和与转子得位置相结合，通过Park变换两相静坐标系变换到两相旋转标系和；(3)转速度和位置的反馈模块能够将测量转子角速度与参考的转速进行比较，同时通过PI调节器得到交轴的参考电流；(4)将交轴与直轴的参考电流、和实际的反馈交轴、直轴电流、进行比较，选直轴参考电流为零。再经PI调节器并转化为交轴、直轴电压和；(5)电压和得出转角位置结合并采用Park变换，得到两相静坐标系电压与；(6)电压和通过SPWM模块调制为六路开关信号从而对三相逆变器的开通与关断进行控制。矢量控制动态运行过程可以描述为：当q变化时，与产生偏差△，经过PI调器输出设定值，与实际的交轴电流比较，得到的偏差为△，用于调节实际的交轴电流；假如直轴电流不为0，而直轴的电流给定为0，产生的直轴电流偏差；以上两偏差电流和△，经过PI调节器并通过反Park变换为SVPW调制算提供两相电压和，继续调节电压，同时利用逆器来调电机的转速，往复上述的过程，以实现双环控制系统。根据上图所示矢量制的系统框图，式(2-13)表示永磁步电机转矩方程，其中第一项为交轴电流与永磁磁链函数，是永磁转矩，第二项与轴电流有关系，同时跟直轴电流电感交轴、直轴量也有关，为结构转矩，主要是永磁转子结构所产生，可得，永磁转矩以及结构转矩转矩方程为：（2-16）（2-17）2．3矢量控制方法永磁电机会因为不同的环境，对控制性能和调速范围的要求也会不同，矢量控制策略也会有不同，常用的矢量控制策略主要有以下几种：最大转矩／电流控制，弱磁控制，控制，控制等.2．3．1最大转矩／电流控制最大转矩／流控制策略，即MTPA，常用于具有结构转矩的内埋式磁同步电机中，对于内埋永磁同步电机，由于，永磁同步电机存两部分转矩，分别对应永磁转矩以及磁阻转矩，为了得到最合适的电流与转矩匹配，使最小电流可以得到最大转矩，运用拉格朗极值定理，分别对转矩方程交轴和直轴电流偏导能够很容易的得出最优电流与转矩匹配，如下式所示：（2-18）对上式求解的定子两相旋转坐标系中的电流分量：（2-19）MTPA控制原理框架图如下图所示：图2-7利用最小的电流矢量得到最大的转矩，这是MTPA控制的一个特点，不仅仅减少了电机的损耗，，并且对逆变器的需求也大大降低，能够选取容量较小的逆变器使用，不仅能降低成本，也能够节约能源。但这种算法的计算量较大，对微控制器的计算速度要求也相应要高。2．3．2控制在控制中，定子电流中只有交轴分量，直轴电流给定为0，即直轴绕组开路，定子磁动势在空间上与永磁体的磁场正交，电机相当于直流电机，要控制其输出转矩和转速只需要控制交轴转矩电流，此时输出转矩与定子电流成线性关系，即：(2-20)定子电压交轴、直轴方程分别为：（2-21）（2-22）矢量控制方法，类似于对直流电机进行控制，这种方法有控制系统相对简单、转矩性能好、控制灵活等特点，而且其调速范围比较宽，在很多对高性能、宽调速范围有要求的应用场合得到广泛应用，缺点是功率因数低且电机逆变器容量无法得到很好地利用。2．3．3最大输出功率控制当电机的运行转速超过额定转速时，电机控制开始进入到弱磁控制的阶段，对定子的电流矢量进行控制，使其能够在电流极限曲线与电压极限曲线内部运行。类似最大转矩流比的控制方法，当电机处于弱磁制领域时，每转速都应该有相应定电流矢量，此时电机能够输出最功率。由于弱磁程度取决于直轴流的大小，而根据直轴流与压极限方程可以求得交轴电流，因此可以得到如下电磁功率和直轴磁链之间的关系：（2-23）交轴电流直轴磁链关系式：（2-24）对电磁功率方程求一阶微分，令其等于0，然后计算极值，能够计算出电磁转矩功率在极大值时直轴磁链为：（2-25）2．3．4弱磁控制永磁电机电枢在额定电压条件下，伴随转速升高，电枢磁场的空间旋转速度不断升高，当电枢电压达到极限值时，电机转速受到限制，无法再提高，要使转速继续升高，就应使电机内部反电动势小于电机额定值，而反电动势和电机内部气隙磁通乘积成比，欲使转速磁通乘积保持不变，就需要减小气隙磁链来保证转速升高，这便是弱磁制基本原理。要在反动势不变的情况下减小气隙磁链，需要用到直轴枢电流去磁作用，才能削弱转的励磁磁通。电枢的去磁作用受到等效气隙大小的影响，气隙越大，去磁作用越小，反之则有利，所以内埋式永磁同步电机弱磁控制效果要好。2.4章末小结本章首先分别介绍了永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型与在d-q两相旋转坐标系下的数学模型，二者可以相互变换，能够在很大程度上简化计算，对永磁同步电机运行的过程能更好的把握。然后介绍了矢量控制的原理，将永磁同步电机的转速、转矩与交轴直轴分量结合在一起，永磁同步电机的矢量控制就是通过分别控制定子电流的大小和相位来达到控制电动机转矩和转速的目的，本章还仔细介绍了最大转矩/电流控制、最大输出功率控制、最小磁链转矩比控制等多种控制方法，并且慢慢开始讲解弱磁控制的一些相关知识。第三章永磁同步电机弱磁控制永磁同步电机的弱磁控制受到他励直流电机的调磁控制的启发，但是由于永磁体的磁链是近乎不变的导致它不能通调节励磁流直接削弱磁场。而且如果电压达到最大压时，只有通调节交、直轴电流，减小交轴流分量减弱隙合磁场和增加机直轴去磁流分量从而维持压平衡关系，获弱磁效果来实现转速的提升。弱磁制使永磁步电机高速时能够输出恒功率，使系统的调速范围更宽。3．1永磁同步电机弱磁控制原理3．1．1电流极限圆和电压极限椭圆在永磁同步电机弱磁控制系统中，逆变器受到额定电压、电流的限制，所以电机的端电压也要求不能超过自身所能承受的最大电流和最大电压，这个最大电压和最大电流被我们定义为极限电压和极限电流，电机端电压和端电流分别定义为和，它们受到下列约束条件的限制：（3-1）（3-2）当永磁同步电机处于稳态时运行，化简电压方程，此时电压方程微分量为零，即、；当电机处于高速运行状态时，由于阻值过小，其定子绕组上的电阻可以忽略不计，此时，可以忽略绕组上电压降，即和，得电压平衡方程式Ud=-ωe·Lq·iq（3-3）Uq=ωe·Ld·i+ωe·ψf(3-4)将式3—3和3—4代入式3—2计算可得以id和iq为坐标轴的电压极限方程：(Ld·id+ψf)2+(Lq·iq)2≤2(3-5)通过电机数学模型能够得出磁链方程式：=+(3-6)将上式代入式2-5，化简得到以下不等式关系：(3-7)从（3-5）可以看出，电压极限方程为以点（-，0）为中心，并根据转速长短半径成比例升高缩小的椭圆族，相对应的，电流是以（0,0）为圆心的电流极限圆，方程为,可知，电流极限圆半径为，电压极限圆与电流极限圆如图3-1所示。图3-1弱磁控制电压电流极限圆示意图3．1．2考虑定子电阻时的电压极限椭圆永磁同步电机在弱磁升速时，转速会超过额定转速，转速很高，这时，可以将三相定绕组上电压降忽略不计。如果忽略定绕组电阻，计算后，得到的机输转矩比忽略定绕组阻大很多，因此，需要对定三相绕组阻对机的运动方程的影响以及电机运行的性能的影响进行研究。电机稳态运行时，在不忽略定三相绕组阻的情况下，可以得到如下的压方程：（3-8）将上式代入（2-2）中得到新的电压极限方程：（-）2+（++）22（3-9）上式为考虑了定子三相绕组时的电压极限方程表达式，化简可得此时电压极限椭圆中心坐标位置。结合公式作出电压极限椭圆族，如图3-2所示。图3-2考虑定电阻时电压极限椭圆3．1．3弱磁原理及过程通过前面的分析，对于弱磁控制的基本理论依据有了了解，同时也有了数学模型的支撑，从上式可以看出，电机受到所能承受的最电压的限制，即电机存在电压极限值。在实际生活应用中，常常需要电机达到较高转速，然而转速在达到极限转速后转速就不能再升高，因为随着转速的提升，反电势也会提高，当电机达到基速ωr1时，可以得到此刻的极限方程：=,由于此时电机运行在额定转速下，电机两端反电势等于逆变器身能承受的最极限电压。从上面的方程可以得出，如果要提高电机的转速且保证转速与磁链的积不超过电压极限值，因此，我们需要设法减小定子磁场。对电机整个运行过程进行分析，当电机转速即电机转速低于基速时，电机运行在恒转矩区域，若需要电机在此区域能够输出很大的转矩，就要采用MTPA即最大转矩电流比来进行控制，才能利用最小的电流得到最大的输出电磁转矩，与此同时，电能的损耗会减少，对逆变器的要求也会降低；当电机的转速时，电机运行基速以上进入恒功率行阶段，此时利用弱磁来进行控制，通过减少电机的直轴电流和交轴电流实现弱磁控制是最常用的方法，此时电机输出转矩减小，而输出功率维持在一个恒定值不变。但是电机的交轴电流、直轴电流弱磁过程中不可能一直减小，如果不停的减小的话永磁同步电机可能发生被退磁，所以要保证短路电流/小于某个特定值即最大电流极限值，即/<.在实际工程应用中，永磁同步电机的电压极限椭圆圆心是在电流的极限圆的内部，若电机由于工程的要求需要很高的转速，此时电压的极限椭圆与电流的极限圆之间没有交点，此时，运用最大的输出的功率的原则，使得电机的交轴的电流和直轴的电流会沿着曲线BC变化。理想的状态下，电机转速能够达到的理想最高转速，即，此时=0，而且此时电机输出电磁转矩为零，有功功率输出也为零。功率、转矩及电压之间关系如图3-3所示。图3-3永磁同步电机弱磁控制过程中转矩、电压及功率变化曲线弱磁升速就是在电机的端电压保证不变的情况下，减小电机的输出转矩，适当的分配d轴和q轴电流来得到较好的控制效果，对电机进行很好的弱磁，如图3-4所示。图3-4弱磁过程中交轴、直轴电流变化关系图3．2弱磁控制自动弱磁环节在升速程中，电流调节器逐渐饱和，电机电压慢慢接近系统的最大输出值，负载条件与电机参数的变化影响着电机进弱磁升速程电流调节器饱时刻，因此系统的弱磁开始时间也会受到影响。当弱磁控制通时刻过晚，会导致系统转矩输出的能力降低；相反如果过早，则会削弱系统的加速特性。如果开始时刻能够依据负载的条件和电机的参数变化来实时决定能够便与调节控制。在定子电阻的影响下，弱磁触发的转速可表示为：(3-10)其中从电机转折速度表式可以看出，转折速度主要是依据电机参数来进行变化的，相对于外界条件如湿度、温度等影响的电机参数来讲，能够导致电机转折速度发生变化。但是，如果永磁同步电机在实际工作时，自身转速还没有达到基速以上时，电机在运行的瞬时电压会有超过电机本身所能承受的最大电压的可能，可能会导致实际电机三相绕组电流无法很好地随着电机参数变化，对于整个控制系统的控制能力产生影响。弱磁控制是通过提升负向直轴电流以达到弱磁的效果，然而直轴去磁电流无法无限增大，永磁体的最大去磁电流就需要被考虑，当直轴去磁电流的幅值升高到大于最大去磁电流，可能会发生永磁体的退磁，此时控制系统便会失去作用，电机也不能正常工作，因此需要限制去磁电流的大小，使去磁电流不大于最大去磁电流。3．3基于梯度下降法的弱磁控制策略IPMSM在性能上有很多比如调速范围宽、高功率因数、结构紧凑、高功率密度等突出优点，这也正是其被广泛应用于家用电器、交通运输、磁盘驱动器以及机床、机器人等数控系统的原因。由于存在结构转矩，它更加容易弱磁，而且输出转矩大，故内埋式永磁同步电机值得我们深入研究。基于梯度下降法的弱磁控制算法，控制精度高，响应速度快，不需要查表，且鲁棒性好。具体算法描述如下。内埋式永磁同步电机运行过程中电流、电压轨迹曲线如图所示。基速以下，电机运行于恒转矩区域，运用MTPA控制能够使永磁同步电机得到最大的电磁转矩，如图示AO曲线。转速逐渐升高，电机将会沿着MTPA的曲线AOMTPV曲线CB之间的恒转矩曲线运行，作为弱磁区域I(FWRl)。转速范围更高的时候，电机会沿着MTPV曲线CB运行，作为弱磁区域2(FWR2)，如图3-6所示。对于给定的参考转矩，转速升高时，电机将会沿着恒转矩曲线ED运行，在到达E点之后，如果要继续升高转速，电机将会沿着MTPV曲线CE运行，此时，电机输出转矩会逐渐减小。在整个弱磁过程中，最重要的就是要确定设定电流修值大小。首先确定弱磁域(FWRl、FWR2)，再根据所在弱磁区域，修正流设定值。图3-6内埋式同步电机运行过程电流、电压轨迹3．3．1恒转矩区的最大转矩电流比运行内埋式磁同步电机电磁转矩程如下：（3-11）式中，为极对数，和分别交、直轴电感，为转子磁磁链，、分别交、直轴电流。在整个控系统中，如何提高电流利用率是研究者共同追求的目标，要使定子电流利用率提高，要用最小电流得到最大的转矩，就是对定子电流求极值，假设其模值为：（3-12）对上式进行求极值得到电流最佳利用值。利用拉格朗日极值定理求极值，引入辅助函数：（3-13）其中为拉格朗日乘子，同时对上式求偏导，即令为零得：（3-14）对上式求解，可得（3-15）求关于的方程，需将上式代入到（3-14）第三式中，求出最大转矩时交轴电流：（3-16）3．3．2弱磁运行分析(1)确定弱磁区域如下图所示，在图中用不同箭头表示恒转矩方向、电压递减方向和转矩递增方向。角为电压递减方向与恒转矩方向之间夹角，根据角大小得到电机运行弱磁区域。当时，电机运行于FWRl，当时，电机运行于FWR2。图3-7转矩、电压方向图恒转矩方向表达式：令（3-17）采用的梯度的下降法来表示电压递减方向。为得到的输出的电压递减方向，将其代价函数设为：（3-18）电机处于高速运行状态时，忽略定子绕阻压降，可以得到d、q同步旋转坐标系下的输出电压方程为：（3-19）（3-20）其中，为电机的电角速度此时电压递减方向表达式为：令（3-21）联系式（3-17）与（3-21）计算得（3-22）由计算的值确定的大小，从而确定电机当前运行所在弱磁区域。(2)电流的设定值修正利用转矩与电压变化量方向信息与电压来设定值与电流的调节器输出电压的差来设定电流的修正值，而转矩与电压的方向的信息由(3-17)与式(3-21)得到，弱磁控制的算法如下图所示。图3-8弱磁控制的算法框图在FWRl，电流的设定值沿恒转矩的方向进行修正。在FWR2，电流的设定值会沿着MTPV的方向来进行修正。MTPV轨迹就是电压的极限椭圆与转矩的双曲线的切点的连线，其方程可以表示：MTPV方向是它的轨迹切线方向，可由(3-24)式得根据△U大和式(3-17)、(3-21)，可得电流设定值表达式为：式中，和为设定的电流的修值的增益系数。弱磁过程中电流调节器输入电流可以表示为：式中，和为MTPA的的模块输出电流设定值，和设定的电流的正值，和为修正后电流的设定值。在电流的调节器输压无法达到饱和时，即电压的差值(△>0)，不使用弱磁控制的算法，即当大于时，设置其设定的电流的修正值和都为0。下限值的绝对值为：，其中是电机的最大电流，是电机的额定电流直轴分量。由于是在弱磁情况，d轴的电流负向会增加，所以d轴的电流然要减小，因此，对q轴电流幅值有必要进行限制，其值为：3.4章末小结本章主要介绍了电机的弱磁控制，首先介绍弱磁控制的原理，介绍了电流的极限圆以及电压的极限椭圆的定义同时考虑定子绕组电阻时的极限电压椭圆以及极限电流圆与不考虑时的区别，一步步展开，展开了具有自动的弱磁环节弱磁控制，限于本文只考虑了内埋式电机的情况，只讲了内埋式的基于梯度的下降法的弱磁原理，并对整个弱磁过程进行了分析。基于MATLAB永磁机控制的仿真研究4.1PMSM的矢量控制与MATLAB仿真模型4.1.1PMSM的矢量控制的原理矢量控制通常通过检测或者估计电机转磁通位置和幅值去控制定子的电流或者电压，电机转矩只与磁通与电流有关，跟直流电机相类似，会得到很好地控制效果。对于永磁机来说，转子的磁通位置跟转子的机械位置一样，需要通过检测转子的实际位置来获知电机的转子磁通的位置，所以PMSM得矢量变化控制实质便是调节定子的电流空间矢量的相位跟幅值。在磁场的定向坐标上，将流矢量分解成两个互相垂直而且独立矢量(产生的磁通的励磁分量)与(产生的转矩的电流分量)(见下图)。当永磁体励磁的磁链与交、直轴的电流确定后，电动机的转矩就取决于定子得电流矢量和，控制和即可控制动机转矩。通过控制和，使实际和跟踪指令和以实现